Los axiones susurran, pero ¿puedes oírlos? Los investigadores de la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU así lo creen.

Para escuchar axion hay que escuchar con atención.

Estas hipotéticas partículas elementales pueden explicar parte o toda la materia oscura del universo. Por lo tanto, existe un fuerte apoyo en la comunidad física a la búsqueda de tales partículas. Pero no es fácil porque el aporte de energía es muy pequeño.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de FAMU-FSU están trabajando con científicos del equipo del Experimento de Materia Oscura Axion (ADMX) en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) en un proyecto para el Departamento de Energía de EE. UU. para desarrollar un detector de partículas lo suficientemente sensible como para encontrar estas partículas. La investigación, que recibió una subvención de 350.000 dólares, Es parte del creciente esfuerzo del Departamento de Energía para explorar el desarrollo de detectores cuánticos superconductores.

«En teoria, Los núcleos que pasan a través de un campo magnético pueden descomponerse en fotones en el rango de energía de las microondas», dijo Lance Cooley, profesor de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería de FAMU-FSU y director del Centro de Superconductividad Aplicada de la Universidad Estatal de Florida. Reflejan las microondas para capturar fotones emitido por los ejes escuchando sus señales. Esto debería ayudarnos a detectar estas partículas y verificar su existencia”.

Los científicos utilizan un dispositivo especial llamado haloscopio para buscar evidencia de partículas Cooley. El investigador principal del proyecto está trabajando con el equipo ADMX para desarrollar una cavidad prototipo para un detector de microondas de haloscopio axion.

El haloscopio ADMX consta de un imán solenoide de gran diámetro con una cavidad de microondas recubierta de cobre de frecuencia sintonizable en el centro. Una cavidad de microondas es un tipo de resonador que puede encontrar ejes en diferentes frecuencias.

“Hasta ahora, la búsqueda de axiones no ha tenido éxito. porque si existen Aparentemente sonaban demasiado suaves para ser notados», dijo Cooley. «Algunas teorías sugieren que la impedancia de cobre en el instrumento no era lo suficientemente baja como para captar el susurro de Axis».

Entonces, ¿cómo pueden los investigadores subir el volumen? Los investigadores creen que el uso de superconductores podría aprovechar la resistencia cero o baja resistencia en condiciones de microondas. El experimento de la FSU apuntará a mejorar la calidad de la resonancia en los canales de microondas superconductores.

“Las campanas de viento son un ejemplo de resonador. La apariencia de un axión es similar a escuchar el sonido de una campanilla de viento que suena espontáneamente”, dijo Cooley. El desafío es que puede haber muchas resonancias diferentes y tonos asociados. Y queremos centrarnos en el tono principal y luego escuchar los picos repentinos”.

El grupo de Cooley utilizó el compuesto químico niobio-estaño o Nb.₃Sn para desarrollar la cavidad prototipo. El material mantiene su superconductividad en el alto campo magnético del haloscopio. Una mejor sensibilidad requiere el desarrollo de recubrimientos superconductores en resonadores de cobre conductores. Se trata de una tecnología incipiente para el rango de frecuencia de 2 a 10 GHz.

«Muchos de los materiales utilizados en las cavidades del haloscopio son frágiles, por lo que crear formas de cavidades precisas puede ser todo un desafío», dijo Cooley. «Nuestra subvención tiene como objetivo hacer que Nb₃Recubrimiento superconductor de Sn dentro de una cavidad del tamaño de una taza de café”.

Los investigadores han establecido un método para recubrir grandes áreas con Nb.₃Sn en trabajos anteriores y ahora se está ampliando a formas y piezas más grandes.₃El Sn tiene una mayor capacidad de campo que los conductores de aleación de niobio y titanio que se utilizan actualmente en los imanes de resonancia magnética, por lo que la idea es utilizar imanes de resonancia magnética grandes con reflectores internos para detectar axiones, dijo Cooley. El trabajo propuesto tiene sentido: tiene como objetivo investigar un Técnica escalable y rentable para utilizar Nb de alta calidad.₃Recubrimientos superconductores Sn para mediados de 2025

Este trabajo fue financiado por el Programa de Física de Altas Energías (HEP) del Departamento de Energía de Estados Unidos.

La misión del programa HEP es comprender cómo funciona nuestro universo en el nivel más básico e informará al HEP sobre el potencial de trabajos futuros para desarrollar agujeros en una o más iniciativas de materia oscura. Y puede resultar en un trabajo continuo como una beca de investigación universitaria a largo plazo dirigida a desafíos de materiales fundamentales para detectores superconductores.